Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp.
LỜI CAM ĐOAN!
Em xin cam đoan đề tài tốt nghiệp này là do em tự thiết kế dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Quang Địch. Các kết quả và số liệu trong đề
tài là hoàn toàn trung thực.
Để hoàn thành bản đồ án này, em chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo
đã được ghi trong bảng các tài liệu tham khảo, không sử dụng các tài liệu khác
mà không được liệt kê ở phần tài liệu tham khảo.
1
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp.
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
ChươngI : Tìm hiểu chung về động cơ điện một chiều.............................2
1.1Khái niệm chung..........................................................................2
1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc....................................................2
1.2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều..................................2
1.2.1 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều...............6
1.3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập............6
ChươngII : Tìm hiểu hệ truyền động cho động cơ điện một chiều..........10
2.1 Điều chỉnh tốc độ cho động cơ điện một chiều.........................10
2.1.1Nguyên lý điều khiển điện áp phần ứng..................................10
2.1.2 Nguyên lý điều chỉnh từ thông.........................................15
2.2 Lựa chọn mạch lực cho truyền động động cơ điện một
chiều có đảo chiều quay..............................................................................17
2.2.1 Truyền động T-Đ có đảo chiều điều khiển riêng.............19
2.2.2 Truyền động T-Đ có đảo chiều điều khiển chung...........22
2.3 Tìm hiểu sơ đồ mạch chỉnh lưu 3 pha........................................27
2.3.1 Sơ đồ 3 pha có điều khiển .................................................27
2.3.2 Tính chọn van động lực......................................................29
Chương3 : Tìm hiểu về MentorII..........................................................32
3.6.7 Menu10: tình trạng logic và chuẩn đoán.......................71
3.6.8 Menu11:Hỗn hợp .........................................................75
Chưong4: Chương trình phần mềm ứng dụng ……………….....….78
4.1 Đặt vấn đề.............................................................................78
4.2 Phần mền MentorISoft của MentorII....................................78
3
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp.
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của nền khoa học kỹ thuật đã tạo
ra những thành tựu to lớn .Trong đó ngành tự động hóa cũng góp phần
không nhỏ vào thành công đó . Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại
hoá đất nước, có thể nói một trong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển
kinh tế của mỗi quốc gia là mức độ tự động hoá trong các quá trình sản xuất
mà trước hết đó là năng suất sản xuất và chất lượng sản phẩm làm ra. Sự
phát triển rất nhanh chóng của máy tính điện tử , công nghệ thông tin và
những thành tựu của lý thuyết Điều khiển tự động đã làm cở sở và hỗ trợ
cho sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hoá.
ở nước ta mặc dầu là một nước chậm phát triển, nhưng những năm gần đây
cùng với những đòi hỏi của sản xuất cũng như sự hội nhập vào nền kinh tế
thế giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mà đặc biệt là sự tự
động hoá các quá trình sản xuất đã có bước phát triển mới tạo ra sản phẩm
có hàm lượng chất xám cao tiến tới hình thành một nền kinh tế tri thức.
Một trong những vấn đề quan trọng trong cácdây truyền tự động hoá sản
xuất hiện đại là việc điều chỉnh tốc độ động cơ .Từ trước đến nay, động cơ
một chiều vẫn luôn là loại động cơ được sử dụng rộng rãi kể cả trong những
hệ thống yêu cầu cao .Có nhiều phương pháp điều chỉnh điều chỉnh tốc độ
động cơ một chiều ví dụ như : thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động ,thay
đổi từ thông ,thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng .Dựa vào các
phương pháp đó có nhiều các sản phẩm ra đời phụ tự động điều chỉnh tốc
trong những điều kiện làm việc khác.
Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy máy
được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh
tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…
Động cơ điện được phân loại theo cách kích thích từ, thành các động cơ
kích thích độc lập, kích thích song song, kích thích nối tiếp và kích thích hỗn
hợp. Cần chú ý rằng ở động cơ kích thích độc lập I
ư
=
I; ở động cơ kích thích
song song và hỗn hợp I = I
ư
+ I
t
; ở động cơ điện kích thích nối tiếp I = I
ư
= I
t
.
Trên thực tế, đặc tính cơ của động cơ kích thích độc lập và kích thích song
song hầu như giống nhau nhưng khi cần công suất lớn ngừơi ta thường dùng
động cơ điện kích thích độc lập để điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận
lợi và kinh tế hơn mặc dù loại động cơ này đòi hỏi phải có thêm nguồn điện
phụ bên ngoài. Ngoài ra, khác với trường hợp máy phát kích thích nối tiếp,
động cơ điện nối tiếp được dùng rất nhiều, chủ yếu trong ngành kéo tải bằng
điện.
1. 2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc.
1. 2.1Cấu tạo của động cơ điện một chiều.
Kết cấu chủ yếu của động cơ điện một chiều như hình vẽ 1.1 và có thể chia
điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các
cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này và được nối nối tiếp với nhau.
Cực từ phụ: được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều.
Lõi thép của cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ
chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong
máy điện lớn thường dùng thép dúc. Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm
vỏ máy.
Ngoài ra còn có các bộ phận khác như: Nắp máy để bảo vệ máy khỏi bị
những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi
chạm vào điện. Cơ cấu chổi than để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài.
b). Phần quay (rôto).
Gồm có những bộ phận sau:
Lõi sắt phần ứng: dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật
điện (thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt
lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng
rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. Trong những máy cỡ trung trở lên,
người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được
những lỗ thông gió dọc trục.
8
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp.
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo rôto.
Trong những máy điện hơi lớn thì lõi sắt thường được chia làm từng đoạn nhỏ.
Giữa các đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi máy
làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong máy điện
nhỏ lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong máy điện lớn, giữa trục
và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và
giảm nhẹ trọng lượng rôto.
và mạch kích từ mắc vào hai nguồn điện độc lập với nhau, lúc này động cơ
được gọi là động cơ kích từ độc lập.
10
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp.
Hình 1.3 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập.
Theo sơ đồ trên có thể viết phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng
như sau:
U
ư
=E
ư
+(R
ư
+ R
f
)I
ư
(1-1).
Trong đó: U
ư
- điện áp phần ứng, V.
E
ư
- sức điện động phần ứng, V
R
ư
- điện trở của mạch phần ứng, Ω
R
f
ư
=
a
pN
π
2
Φω = KΦω (1-2).
Trong đó: p – số đôi cực từ chính
N – số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
U
ư
R
f
E
R
kt
U
kt
+
+
_
I
C
kt
_
11
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp.
Φ - từ thông kích từ dưới một cực từ, W
ư
(1-4).
Suy ra: I
ư
=
φ
K
M
dt
Thay giá trị I
ư
vào (1-3) ta được:
ω=
φ
K
U
u
-
2
)(
φ
K
RR
fu
+
M
đt
(1-5).
Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng
mômen điện từ, ta ký hiệu là M. nghĩa là M
ω
M
đm
M
nm
M
ω
0
ω
đm
ω
0
ω
đm
I
đm
I
n
m
I
13
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp.
I. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các
thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi
từ thông… Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới
phù hợp với yêu cầu.
Thực tế có 2 phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một
đk
R
b
R
ưđ
I
E
b
(U
đk
)
BBĐ
Đ
E
ư
CKĐ
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp.
Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như
sau:
E
b
+ E
ư
= I
ư
( R
b
+ R
ưđ
)
định mức và từ thông cũng được giữ ở gía trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của
giải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mômen khởi
động. Khi mômen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc
độ là:
ω
max
= ω
0 max
-
β
dm
M
( 2-2 ).
ω
min
= ω
0 min
-
β
dm
M
Để thoã mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải
có mômen ngắn mạch là:
M
n.m min
= M
c max
= K
M
. M
max0
max0
−
−
=
−
−
M
dm
dm
M
dm
K
M
M
K
M
βω
β
β
ω
(2- 3).
Hình 2-2 Xác định phạm vi điều chỉnh.
Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị ω
0 max
, M
đm
, K
M
là xác định, vì vậy
đk1
ω
đk2
16
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp.
độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống “ hở ‘’ như
trên là không thoả mãn được.
Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền
động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng
thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn giải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt
tốc độ tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh.
Hay nói cách khác nếu đặc tính cơ thấp nhất của giải điều chỉnh mà sai số tốc
độ không vượt quá giá trị sai số tốc độ cho phép, thì hệ truyền động xẽ làm
việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh. Sai
số tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:
S =
min0min0
minmin0
ω
ω
ω
ωω
∆
=
−
S =
cp
dm
S
M
và các trục toạ độ. Tổn hao năng lượng chính
là tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ.
E
b
= E
ư
+ I
ư
( R
b
+ R
ưđ
)
17
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp.
I
ư
E
b
= I
ư
E
ư
+ I
2
( R
b
+ R
ưđ
−
∗∗∗
∗
+
x
R
ωω
ω
Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mômen do động cơ sinh ra đúng bằng
mômen tải trên trục M
*
= M
*
c
và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải là M
*
=
(ω
*
)
x
thì:
η
ư
=
( )
1
−
∗∗∗
∗
• Nhược điểm: Phải có bộ nguồn có điện áp thay đổi nên vốn đầu tư cơ
bản lớn và chi phí vận hành cao.
2.1.2Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ.
Điều chỉnh từ thông kích từ của động cơ điện một chiều là điều chỉnh
mômen điện từ của động cơ M = KφI
ư
và sức điện động quay của động cơ E
ư
=
Kφω. Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từ
thông cũng là hệ phi tuyến:
i
K
=
dt
d
rr
e
K
Kb
K
φ
ω
+
+
( 2- 6 ).
trong đó: r
K
- điện trở đây quấn kích thích
r
rất nhanh khi giảm từ thông kích thích:
β
φ
=
( )
u
R
K
2
φ
hay β
*
= ( φ
*
)
2
Hình 2- 4 Sơ đồ thay thế (a) Đặc tính điều chỉnh khi điều chỉnh từ thông động
cơ (b) Quan hệ φ(i
kt
), (c) .
Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ mà
từ thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và vùng bão hào
của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C
phụ thuộc vào thông số kết cấu của máy điện:
φ = ci
K
=
K
Kb
0
I
k
w
k
φ
L
k
(u
đk
)
c)
a)
b)
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp.
• Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi từ thông có thể
diều chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản n
cb
.
Phương pháp này được dùng để điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn
năng hoặc là máy bào giường. Do quá trình điều chỉnh tốc độ được thực
hiện trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, mang tính kinh tế,
thiết bị đơn giản.
• Kết luận:
Từ những ưu, nhược điểm của hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
điện một chiều ta vừa xét ở trên thì ta thấy phương pháp điều chỉnh tốc độ
động cơ điện một chiều bằng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động
cơ là thích hợp hơn.
2.2. Lựa chọn mạch lực cho truyền động động cơ điện một chiều có đảo
chiều quay.
mở một bộ còn bộ kia khoá hoàn toàn. Sơ đồ này dùng cho mọi giải công suất
và có khả năng đảo chiều với tần số lớn: 22
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp.
Hình 2- 6 Sơ đồ truyền động hai bộ biến đổi, cấp cho phần ứng điều khiển
riêng, hai bộ điều chỉnh làm việc riêng rẽ với nhau.
+ Truyền động dùng hai bộ biến đổi đấu nối song song ngược điều khiển
chung. Sơ đồ này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn, thực hiện việc đảo
chiều êm nhưng có nhược điểm kích thước cồng kềnh, vốn đầu tư lớn, tổn thất
lớn.
Hình 2- 7 Sơ đồ truyền động hai bộ biến đổi đấu nối song song ngược điều
khiển chung.
+ Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung.
Dùng cho dải công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao.
23
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp.
Hình 2- 8 Sơ đồ truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều
khiển chung.
Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển, có thể chia làm hai loại chính:
điều khiển riêng và điều khiển chung.
1. Truyền động T- Đ đảo chiều điều khiển riêng.
Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời
điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn bộ kia bị khoá do
không có xung điều khiển. Hệ có hai bộ biến đổi là BĐ1 và BĐ2 với các mạch
phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2, trật tự hoạt động của các bộ
phát xung này được quy định bởi các tín hiệu logic b1 và b2. Quá trình hãm và
đảo chiều được mô tả bằng đồ thị thời gian. Trong khoảng thời gian 0 ÷ t
phù hợp với quán tính của hệ thì có thể
duy trì dòng điện hãm và dòng điện khởi động ngược không đổi, điều này được
thực hiện bởi các mạch vòng dòng điều chỉnh tự động của hệ thống. Trên sơ đồ
khối logic LOG, i
Lđ
, i
L1
, i
L2
, là các tín hiệu logic đầu vào; b
1
, b
2
là các tín hiệu
logic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển.
+ i
Lđ
= 1 : phát xung điều khiển mở BĐ1.
+ i
Lđ
= 0 : phát xung điều khiển mở BĐ2.
+ i
1L
(i
2L
) = 1 : có dòng điện chảy qua BĐ1 (BĐ2).
+ b
1
, b
2
L R
B§1
B§2
SI1
SI2
a b c
25
Copyright: Tài liệu đại học ©